Водный гомогенный реактор - Aqueous homogeneous reactor

Водный гомогенный реактор в Окриджской национальной лаборатории

Водные гомогенные реакторы (AHR) - это тип ядерного реактора в котором растворим ядерные соли (обычно сульфат урана или нитрат урана ) находятся растворенный в воде. Топливо смешивается с охлаждающей жидкостью и Модератор, отсюда и название «однородная» («одного физического состояния»). Вода может быть либо тяжелая вода или обыкновенный (светлый) воды, оба из которых должны быть очень чистыми.

Их особенности самоконтроля и способность справляться с очень большим увеличением реактивности делают их уникальными среди реакторов и, возможно, самыми безопасными. В Санта-Сусана, Калифорния, Atomics International провел серию тестов под названием Эксперименты с кинетической энергией. В конце 1940-х гг. стержни управления были загружены на пружины и затем выброшены из реактора за миллисекунды. Мощность реактора выросла с ~ 100 Вт до более ~ 1 000 000 Вт без каких-либо проблем.

Водные гомогенные реакторы иногда называли «водогрейными котлами» (не путать с реакторы с кипящей водой ), так как вода внутри кажется кипящей, хотя на самом деле это происходит из-за образования водород и кислород поскольку частицы излучения и деления диссоциируют воду на составляющие ее газы, этот процесс называется радиолиз. AHR широко использовались как исследовательские реакторы поскольку они самоконтрольны, имеют очень высокие нейтронные потоки, и ими было легко управлять. По состоянию на апрель 2006 г., согласно базе данных исследовательских реакторов, работало только пять AHR.[1]

Проблемы коррозии, связанные с растворами на основе сульфатов, ограничивали их применение в качестве производителей уран-233 топливо из торий. В текущих конструкциях используются основные растворы азотной кислоты (например, уранилнитрат ) устраняет большинство этих проблем в нержавеющих сталях.

История

Смотрите также: Монреальская лаборатория

Первоначальные исследования гомогенных реакторов проводились ближе к концу Вторая Мировая Война. Химикам было больно видеть точно изготовленные твердотопливные элементы гетерогенных реакторов, в конечном итоге растворенные в кислоты удалять продукты деления - «пепел» ядерная реакция. Инженеры-химики надеялись разработать реакторы на жидком топливе, которые позволили бы обойтись без дорогостоящего разрушения и обработки твердых топливных элементов. Образование пузырьков газа в жидком топливе и коррозионное воздействие на материалы (в уранилсульфат базовые решения), однако, столкнулись с серьезными проблемами с дизайном и материалами.

Энрико Ферми выступал за строительство на Лос-Аламос того, что должно было стать третьим в мире реактором, первым гомогенным реактором на жидком топливе и первым реактором, работающим на уране, обогащенном ураном-235. В итоге были построены три версии, основанные на одной концепции. В целях безопасности эти реакторы получили кодовое название «водогрейные котлы». Название было подходящим, потому что в версиях с более высокой мощностью топливный раствор, казалось, кипел, поскольку пузырьки водорода и кислорода образовывались в результате разложения водного растворителя энергетическими продуктами деления, процесс, называемый радиолиз.

Реактор получил название ЛОПО (для малой мощности), потому что его выходная мощность была практически нулевой. LOPO служил целям, для которых он был предназначен: определение критическая масса простой топливной конфигурации и испытания новой концепции реактора. LOPO достиг критичности в мае 1944 г. после последнего добавления обогащенный уран. Сам Энрико Ферми был за штурвалом. LOPO демонтировали, чтобы освободить место для второго водогрейного котла, который мог работать на уровнях мощности до 5,5 киловатт. Названный HYPO (для большой мощности) в этой версии использовалось решение уранилнитрат в качестве топлива, тогда как более раннее устройство использовало обогащенный уранилсульфат. Этот реактор был введен в эксплуатацию в декабре 1944 года. Многие ключевые нейтронные измерения потребовались при проектировании первого атомные бомбы были сделаны с помощью HYPO. К 1950 году выше нейтронные потоки были желательны, поэтому в HYPO были внесены значительные изменения, позволяющие работать на уровнях мощности до 35 киловатт. Этот реактор, конечно, получил название SUPO. SUPO эксплуатировалась почти ежедневно, пока не была отключена в 1974 году.

В 1952 г. были проведены две серии критических экспериментов с тяжелая вода растворы обогащенного урана в виде фторид уранила были проведены в Лос-Аламосе, чтобы поддержать идею Эдвард Теллер о конструкции оружия. К тому времени, когда эксперименты были завершены, Теллер потерял интерес, однако результаты затем были применены для улучшения более ранних реакторов. В одной серии экспериментов раствор находился в резервуарах диаметром 25 и 30 дюймов (640 и 760 мм) без окружающего отражателя. Высота раствора была доведена до критичности с помощью D2O решения в D /235Атомные отношения U составляют 1: 230 и 1: 419 в меньшем резервуаре и от 1: 856 до 1: 2081 в большом резервуаре. В другой серии экспериментов сферы раствора центрировали в сферическом контейнере диаметром 35 дюймов (890 мм), в котором D2O закачивали из резервуара на основании. Критичность была достигнута в шести сферах раствора диаметром от 13,5 до 18,5 дюймов при D /235Атомные отношения U от 1:34 до 1: 431. По завершении эксперимента и это оборудование было списано.

Гомогенный реакторный эксперимент

Водный гомогенный реактор в Окриджской национальной лаборатории.

Первый водный гомогенный реактор, построенный в г. Национальная лаборатория Окриджа стал критическим в октябре 1952 года. Расчетный уровень мощности одного мегаватт (МВт) была достигнута в феврале 1953 года. Пар высокого давления реактора вращал небольшую турбину, которая генерировала 150 киловатты (кВт) электричество, за достижение, за которое его операторы получили почетное звание «Энергетическая компания Ок-Ридж». Однако AEC был привержен разработке реакторов на твердом топливе, охлаждаемых водой, и лабораторные демонстрации других типов реакторов, независимо от их успеха, не изменили его курса.

Испытательный реактор KEMA Suspensie

С 1974 по 1979 год КЭМА (KEuring Van Eлектротехническое MAterialen Аrnhem) работал в водном гомогенном реакторе, называемом Испытательный реактор KEMA Suspensie (KSTR) на своем сайте по адресу Арнем в Нидерланды. Реактор был построен в сотрудничестве со специалистами ORNL (Национальная лаборатория Окриджа) из-за их опыта в эксперименте с гомогенным реактором. Реактор состоял из корпуса реактора (ø310 мм, объем 18,3 литра), изготовленного Werkspoor в Утрехте. Топливо представляло собой смесь 14% UO.2 (высокообогащенный, 90% 235U) и 86% ThO2 в концентрации 400 г / л. В Уран (6766 граммов, содержащих 6082 грамма 235U) был доставлен компанией NUKEM. Топливные зерна (ø 5 мкм) были разработаны KEMA с помощью уникального так называемого золь-гель процесса, который также привлек внимание промышленности. Реактор работал при температуре 255 ° C (491 ° F; 528 K), давлении 60 бар (6000 кПа) и максимальной мощности 1000 кВт (1300 л.с.).

Реактор АРГУС

Экологически чистые и экономически конкурентоспособные технологии радиоактивный изотоп производство развивается на Курчатовский институт в СССР, на основе АРГУС реактор - водный гомогенный мини-реактор. В СССР планировали построить серию таких ректоров, однако построили только два. Один в Курчатовский институт а второй был построен в конце 80-х в Душанбе, Таджикская ССР, но не вступил в строй из-за обрушения Советский Союз.

В 2017 году правительство Таджикистана начало реконструкцию и ремонт[2] реактор для производства изотоп молибден-99 в первую очередь для медицинских нужд.

Реактор в Курчатовский институт с тепловой выходной мощностью 20 кВт, эксплуатируется с 1981 года и показала высокие показатели эффективности и безопасности. Технико-экономические обоснования для разработки методов стронций-89 и молибден-99 производство в этом реакторе в настоящее время ведется. Анализ произведенных изотопов, проведенный на заводе Национальный институт радиоактивных элементов в Бельгия, показал, что образцы Мо-99, производимые на АРГУС, характеризуются чрезвычайной радиохимической чистотой, т.е. содержание примесей в них ниже допустимых пределов на 2–4 порядка. Среди радиоактивных медицинских изотопов широко распространены Mo-99 и Sr-89. Первый - это сырье для производства технеций -99м, а радиофармпрепарат подготовка к диагностике онкологический, кардиологический, урологический, и другие болезни. Ежегодно этим изотопом обследуется более 6 миллионов человек. Европа.

Тс-99м производство

Возможность извлекать медицинские изотопы непосредственно из поточного топлива вызвала возобновление интереса к водным гомогенным реакторам, основанным на этой конструкции.[3] BWX Technologies (ранее Бэбкок и Уилкокс ) предложил водный гомогенный реактор для производства Tc-99m.[4]

Другое исследование

Использование водной гомогенной ядерное деление реактор для одновременного водород добыча водой радиолиз и технологическое производство тепла было исследовано на университет Мичигана, в Анн-Арбор в 1975 году. Несколько небольших исследовательских проектов продолжают это направление исследований в Европе.

Atomics International спроектировал и построил ряд ядерных реакторов малой мощности (от 5 до 50 000 Вт) для исследовательских, учебных целей и производства изотопов. Одна модель реактора, L-54, была куплена и установлена ​​рядом университетов США и зарубежных исследовательских институтов, включая Японию.[5]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ МАГАТЭ
  2. ^ "Таджикистан восстановит и запустит ядерный реактор" Аргус"". 14 января 2016 г.
  3. ^ Текущее состояние использования НОУ в водных реакторах для производства Mo-99
  4. ^ Изготовление молибдена
  5. ^ Parkins, W.E .; и другие. (19 марта 1958 г.). Исследовательские реакторы гомогенного типа на водной основе (PDF). Вторая международная конференция Организации Объединенных Наций по использованию атомной энергии в мирных целях. Дои:10.2172/4315502.

внешние ссылки